第4章热力学第二定律1（自然过程表述熵）ppt课件.ppt

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1、楼塌熵增热力学第二定律（Secondlawofthermodynamics）第四章1§4.1自然过程的方向§4.2热力学第二定律§4.3过程的可逆性§4.4卡诺定理§4.5克劳修斯熵公式§4.6熵增加原理§4.7热力学第二定律的统计意义§4.8玻耳兹曼熵公式本章目录§4.9热力学第三定律2热一律一切热力学过程都应满足能量守恒。但满足能量守恒的过程是否一定都能进行?热二律满足能量守恒的过程不一定都能进行!过程的进行还有个方向性的问题。问题:3§4.1自然过程的方向（书4.1节）符合热一律的过程，不一定能在自然界发生，例如：

2、重物下落，功全部转化成热而不产生其他变化，可自然进行。水冷却使叶片旋转，从而提升重物，则不可能自然进行。··水叶片重物重物绝热壁焦耳热功当量实验4例3.气体自由膨胀的方向性气体自由膨胀是可以自动进行的,但自动收缩的过程谁也没有见到过。“一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，都存在一定的方向性----存在着时间箭头”生命过程就是不可逆的:出生“今天的你我怎能重复过去的故事!”童年少年青年中年老年八宝山5过程的唯一效果能否发生热功转换功热功热√热传导高温热量低温高温热量低温√气体扩散分离混合分离混合√一些自然

3、过程的方向：全部全部64.2热力学第二定律及其微观意义一.热力学第二定律的表述1.克劳修斯(Clausius)表述:热量不能自动地从低温物体传向高温物体克劳修斯（clausius，1850）或说“其唯一效果为热量从低温物体传向高温物体的过程是不可能发生的”QT1（高）T2（低）72.开尔文(Kelvin)表述:其唯一效果为热全部转变为功的过程是不可能的热机是把热转变成了功,但还有其它变化(还有些热量从高温热源传给了低温热源)开尔文（Kelvin，1851）热机是否违反开尔文表述？8为什么叫永动机？海水温差发电---海水能源的

4、利用:第二类永动机又称单热源热机，其效率=1，即热量全部转变成功。海水温度降低0.010C,够全世界用1000年。若海轮上有一个单热源热机…永动的海轮！（前人卡诺给他打下了基础）A=QQT第二类永动机另一种开氏表述是“不存在第二类永动机”9海水温差发电示意图10理想气体等温膨胀过程不是把热全部转变为功吗？是把热全部变成了功，但伴随了其它变化(系统体积膨胀）A=QV1TQV211二.两种表述的等价性1.若克氏表述成立，则开氏表述亦成立。反证法：克氏表述成立开氏表述成立等价设开氏表述不成立则克氏表述不成立A=Q1T1Q1T1T

5、2Q2Q1+Q2T2Q2Q1T1A122.若开氏表述成立，则克氏表述也成立。反证法：设克氏表述不成立T1T2Q2Q1+Q2Q2A=Q1等价Q1T1A则开氏表述不成立T1T2Q2克氏表述成立开氏表述成立13[例]试证明在pV图上任意物质的一条等温线和一条绝热线不能相交两次。证：用反证法，设等温线和绝热线能相交两次。绝热线（等S线）等温线QA=QpV则如图示，可构成一个单热库热机，从而违反热力学第二定律的开氏表述，故假设不成立。类似的也可用反证法证明在pV图上两条绝热线不能相交。14§4.3过程的可逆性一.定义1.可逆过程（

6、reversibleprocess）：可逆过程是这样一种过程,它的每一步都可以沿相反的方向进行,而当系统沿相反的方向回到原状态时,外界也恢复到原状态。(即系统和外界都复原)如不可能使系统和外界都完全复原，则此过程叫做不可逆过程。为什么一切自然过程(实际过程)都是不可逆过程？有摩擦损耗非准静态过程15二．可逆过程的重要特征摩擦是功变热的过程，它肯定是不可逆的；非准静态过程也是不可逆的：无摩擦+准静态因为非静态过程的中间态（一般是非平衡态）非常复杂,没有统一的状态参量,这种过程沿反方向进行时,每一步都做到是原来沿正方向进行时的重

7、演是不可能的。可逆过程是比准静态过程更加理想化的过程，有重要的理论意义与实际意义。16可逆过程的例子：一粒粒地放上极小极小的细沙粒，无摩擦绝热活塞绝热缸壁恒温热源T（1）可逆等温压缩一粒粒地取走沙粒，系统和外界都复原！（2）可逆绝热压缩无摩擦+准静态有一条不满足就是不可逆绝热压缩！无摩擦+准静态17不可逆过程是相互沟通的各种实际宏观过程的方向性都是相互沟通的。相互沟通:一种过程的方向性存在(消失)，则另一过程的方向性也存在(消失)。热二律的开氏表述功全部转换成热而不产生其它影响的过程是不可逆的（否则热全部转换为功而不产生其它

8、影响成立，这就违背了热力学第二律的开氏说法。）18功热转换方向性消失热传导方向性消失热源T0QAT0